C# 가비지 콜렉터(Garbage Collector) 메모리 관리의 핵심

[C#] 가비지 콜렉터(Garbage Collector): 메모리 관리의 핵심

안녕하세요! 이번 포스트에서는 C#의 가비지 콜렉터(Garbage Collector, GC)에 대해 알아보겠습니다. C#에서 메모리 관리는 가비지 콜렉터(Garbage Collector, GC)에 의해 자동으로 수행됩니다. 가비지 콜렉터는 프로그램이 사용하지 않는 메모리를 자동으로 해제하여 메모리 누수를 방지하고, 효율적인 메모리 사용을 돕는 중요한 기능입니다. 이번 포스트에서는 가비지 콜렉터의 기본 개념, 동작 방식, 그리고 메모리 관리 최적화 방법에 대해 알아보겠습니다.

가비지 콜렉터(Garbage Collector)란?

가비지 콜렉터는 .NET 런타임 환경에서 메모리 관리를 자동으로 수행하는 구성 요소입니다. GC는 동적으로 할당된 메모리 블록 중 더 이상 사용되지 않는 객체를 찾아내고, 해당 메모리를 회수하여 재사용할 수 있도록 합니다. 이를 통해 개발자는 명시적으로 메모리를 해제하는 코드를 작성할 필요가 없게 됩니다.

가비지 콜렉터의 동작 방식

가비지 콜렉터는 다음과 같은 방식으로 동작합니다:

1. 할당(Allocation): 프로그램이 새로운 객체를 생성하면, 메모리는 힙(heap)에 할당됩니다.
2. 마크(Mark): GC가 실행될 때, 현재 사용 중인 객체를 식별하고 마킹합니다.
3. 압축(Compact): 사용되지 않는 객체를 제거한 후, 남은 객체를 메모리의 시작 부분으로 이동시켜 단편화를 줄입니다.
4. 회수(Sweep): 사용되지 않는 객체가 차지하던 메모리를 회수하여 재사용할 수 있도록 합니다.

가비지 콜렉터의 세대(Generation)

가비지 콜렉터는 효율적인 메모리 관리를 위해 객체를 세대(generation)로 나누어 관리합니다. GC는 객체의 수명에 따라 객체를 세 가지 세대로 분류합니다:

• 세대 0(Generation 0): 최근에 생성된 객체가 속하는 세대입니다. 가장 빈번하게 수집됩니다.
• 세대 1(Generation 1): 세대 0을 통과한 객체가 속하는 세대입니다. 중간 수명 객체를 포함합니다.
• 세대 2(Generation 2): 세대 1을 통과한 객체가 속하는 세대입니다. 장기 생존 객체를 포함하며, 가장 드물게 수집됩니다.

가비지 콜렉터의 동작 예제

가비지 콜렉터가 어떻게 동작하는지 이해하기 위해 간단한 예제를 살펴보겠습니다.

using System;

class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        // 새로운 객체 생성
        for (int i = 0; i < 1000; i++)
        {
            var obj = new object();
        }

        // 가비지 콜렉터 강제 실행
        GC.Collect();
        GC.WaitForPendingFinalizers();

        Console.WriteLine("가비지 콜렉터가 실행되었습니다.");
    }
}

위 예제에서 1000개의 새로운 객체를 생성한 후, GC.Collect() 메서드를 사용하여 가비지 콜렉터를 강제로 실행합니다. GC.WaitForPendingFinalizers() 메서드는 모든 객체의 종료자가 완료될 때까지 기다립니다.

가비지 콜렉터와 성능

가비지 콜렉터는 자동으로 메모리를 관리해주지만, 때로는 성능에 영향을 줄 수 있습니다. GC가 실행될 때 애플리케이션은 잠시 중단되며, 이를 "GC 휴지 시간(GC Pause)"이라고 합니다. GC 휴지 시간을 최소화하기 위해 다음과 같은 방법을 사용할 수 있습니다:

• 객체 재사용: 빈번하게 사용되는 객체는 재사용하여 메모리 할당과 해제를 줄입니다.
• 큰 객체 풀: 큰 객체는 Large Object Heap(LOH)에 할당되므로, 큰 객체 풀을 사용하여 메모리 단편화를 줄입니다.
• 가비지 콜렉터 설정 조정: GC 설정을 조정하여 성능을 최적화할 수 있습니다. 예를 들어, 서버 GC(Server Garbage Collection)는 멀티 스레드 환경에서 성능을 향상시킬 수 있습니다.

가비지 콜렉터와 메모리 누수

가비지 콜렉터는 메모리 누수를 방지하는 데 도움이 되지만, 여전히 메모리 누수가 발생할 수 있습니다. 메모리 누수는 사용하지 않는 메모리가 회수되지 않고 계속해서 할당되는 상황을 말합니다. 메모리 누수를 방지하기 위해 다음과 같은 방법을 사용할 수 있습니다:

• 이벤트 핸들러 해제: 이벤트 핸들러를 등록한 후, 더 이상 필요하지 않을 때는 해제하여 메모리 누수를 방지합니다.
• 종료자(Destructor) 사용: 객체가 삭제될 때 리소스를 해제하기 위해 종료자를 사용합니다.
• IDisposable 인터페이스 구현: IDisposable 인터페이스를 구현하고 Dispose 메서드를 사용하여 비관리 리소스를 해제합니다.

예제: IDisposable 구현

using System;

public class ResourceHolder : IDisposable
{
    // 비관리 리소스
    private IntPtr unmanagedResource;
    // 관리 리소스
    private bool disposed = false;

    public ResourceHolder()
    {
        // 비관리 리소스 할당
        unmanagedResource = /* 할당 코드 */;
    }

    // IDisposable 구현
    public void Dispose()
    {
        Dispose(true);
        GC.SuppressFinalize(this);
    }

    protected virtual void Dispose(bool disposing)
    {
        if (!disposed)
        {
            if (disposing)
            {
                // 관리 리소스 해제
            }
            // 비관리 리소스 해제
            if (unmanagedResource != IntPtr.Zero)
            {
                /* 해제 코드 */
                unmanagedResource = IntPtr.Zero;
            }
            disposed = true;
        }
    }

    ~ResourceHolder()
    {
        Dispose(false);
    }
}

class Program
{
    static void Main(string[] args)
    {
        using (ResourceHolder holder = new ResourceHolder())
        {
            // 리소스 사용
        }
    }
}

위 예제에서 ResourceHolder 클래스는 IDisposable 인터페이스를 구현하여 비관리 리소스를 적절히 해제합니다. Dispose 메서드는 비관리 리소스를 해제하고, 종료자에서는 Dispose 메서드를 호출하여 객체가 삭제될 때 리소스를 해제합니다.

마치며

이번 포스트에서는 C#의 가비지 콜렉터(Garbage Collector, GC)에 대해 알아보았습니다. GC는 자동으로 메모리를 관리하여 메모리 누수를 방지하고, 프로그램의 안정성을 높이는 중요한 구성 요소입니다. 그러나 GC의 동작 방식을 이해하고, 성능 최적화와 메모리 누수 방지를 위해 적절한 메모리 관리 기법을 사용하는 것이 중요합니다. 추가적인 질문이나 궁금한 점이 있다면 언제든지 댓글로 남겨주세요!